[双缝实验]包含着唯一的谜团。我们无法通过“解释”它是怎么工作的来解开这个谜团……在告诉你它的作用原理的同时，我们也告诉了你整个量子力学的基本特性。

——理查德·费恩曼

在本章中，我们提出严格的量子之谜。而在本书的其余部分，我们将以更宽松的方式来思考这一切可能意味着什么。

作为量子现象的典型示范，双缝实验显示了物理与意识的相遇。正像费恩曼在上面所说，“我们无法通过……来解开这个谜团”，但我们会知道它是如何起效的。

从某种角度看，双缝实验就是干涉实验。我们在第4章里描述了光波的干涉。现在，不仅光子，电子、原子和大分子也都展示出干涉现象，人们正在尝试由更大的东西所展示的干涉特性。用光子来演示干涉现象是一种在课堂上就可进行的简单实验。狭缝可由在不透明的胶片上蚀刻出的两条线组成。用激光笔照射狭缝，你就可以看到屏上显示的清晰的干涉图样。要看到电子的干涉则没这么容易，但如果你花几千美元买一套教学用演示设备，一样可以做到这一点。展示原子或分子的干涉就更加复杂，也更加昂贵，但基本思想是一样的。由于电子或原子容易与空气分子发生碰撞，因此与光子干涉实验不同，这类演示实验必须将容器中的空气抽干净，但在此我们不必理会这些技术“细节”。

由于在上述所有情形下量子之谜都是相同的，同时我们也无须考虑实验的成本问题，因此我们将只就原子的情形来讨论。如今，我们已经可以看到单个原子，甚至可以将它们一次一个地捡起来放好。我们先简要概述一下标准的双缝实验，然后再用第6章的扣碗游戏作为例子给出一个完全等效的版本。

在第4章描述光波的干涉时，我们注意到，要得到一个明晰的干涉图样，光源应当是单色的。这意味着，光的频率和波长范围较窄。这一要求同样适用于原子。演示原子干涉的原子应该有基本相同的德布罗意波长，即它们应有同样的速度。

两个开口狭缝如图7.1所示。你从左边发送原子，它们通过狭缝打到右边的屏上，如图7.2所示。（我们不关心那些没通过狭缝的原子。）

你记录下原子落在屏上的位置。它们只落在某个区域内。原子分布产生的条纹如图7.2所示。（它与图5.7我们用光波进行的干涉实验结果相同。）

这些条纹（干涉图样）看起来与任何波产生的条纹没什么两样，因为每个原子的波函数均通过两个狭缝。在屏的一些地方，来自上狭缝的波峰与来自下狭缝的波峰重叠，从而来自两个狭缝的波相加产生大的波场区。而在其他地方，来自一个狭缝的波峰与来自另一个狭缝的波谷重叠，从而产生零波场区。某处的波场就是在该处发现原子的概率。因此，您会发现，有些区域有许多原子打在上面，而有些区域则很少有原子打在上面。按“正统的”哥本哈根学派的解释，每个原子的波函数都会在它击中的地方发生坍缩，这也是宏观屏幕“观察”到的位置。

由于每个原子的波函数遵循一种由狭缝间距决定的规则，因此每个原子的某种东西一定是通过了双狭缝。既然依据量子理论，除了原子的波函数，原子就不再有任何其他性质，那么，每个原子本身必然就是通过双狭缝传播出来的东西。

然而，你也可以用单狭缝来做这个实验。这时每个原子的波函数只能通过一个狭缝。你仍能看到原子打在屏上。但这时没有干涉现象出现，因为每个原子的波函数只通过一个狭缝。也正由于每个原子的波函数仅通过一个狭缝，因此每个原子是作为一个紧缩的客体——一个粒子——存在的。原子均匀地分布在屏上，如图7.3所示。

因此，您可以选择演示方法。如果用两个狭缝做实验，原子呈现为扩展开的东西；如果仅打开一个狭缝，则你能够证明相反的情形：原子是一种结构紧凑的颗粒。当然，这实际上就是第5章中讨论的德布罗意波的波粒二象性。这里我们只根据今天的量子理论来讨论原子的故事。 eZLX8rPQgcob1Lia30v8R+ZPTdV2WvtpBurEjhd/nSkqvZ/4p4rEU+xE0V6B7zIj